基于单片机的智能电表的设计

近年来，在低碳经济、绿色节能及可持续开展思想的推动下，如何进一步提高电网效率，积极应对环境挑战，提高供电可靠性和电能质量，完善电力用户效劳，适应更加开放的能源及电力市场化环境需要，对未来电网的开展提出了更高的要求。智能电网的概念应运而生并成为全球电力行业共同研究和探讨的热点，支撑中国乃至全球智能电网的将是通信技术、信息处理技术和控制技术。智能电表作为智能电网建设的重要根底装备，加快智能电表产业链整合，促进其产业化，对于电网实现信息化、自动化和互动化具有支撑作用。基于以上分析，本文研究旨在基于AT89C51单片机的智能电表的设计。本次设计基于单片机AT89C51是以微处理器或微控制器芯片为核心的可以存储大量的测量信息并具有对测量结果进行实时分析、综合和做出各种判断能力的仪器。一般具有自动测量功能，强大的数据处理能力，进行自动调零和单位换算功能，能进行简单的故障提示，具有操作面板和显示器，有简单的报警功能。本文主要包括以下三个方面的工作：(1)智能电表的设计背景、优点及开展现状本文首先分析智能电表的设计背景，其次讨论智能电表的优点及相(2)智能电表的硬件和软件实现分析智能电表应该具备的功能，给出该仪表的总体设计框图；详细讨论了该电路的核心芯片选取、数据采集电路的设计、通信电路及输入输出系统的实现并给出了核心芯片.AT89C51的详细参数；使用结构化程序设计手段，利用单片机C语言程序实现按键的扫描并处理程序、数据的采集及后续的算法程序、红外或RS485通信方式的自动抄表程序、CPU卡的读写操作程序以及段式LCD的显示驱动程序。(3)设计的结论分析、缺乏及未来的展望阐述了设计的测试结果并对结论进行了分析，给出了设计中的缺乏之处，并提出了将来的修改意见及改良之处，最后对智能电表的未来进行了展望。本设计实现了电能数据的计时计量、自动计费、即时双向通关键词：智能电表电能计量单片机AT89C51Recentyears,duetothepopulationofideas,likegreeenergysavingandsustainabledeveproposedforfuturepowernetworktofutureimprovetheefficiencyofpowernetwork,copedwiththechallengefromenvironment,elevatethereliabilityofpowersupplyandthequalityofelectservice,andadapttotherequirementsfromenergysourcmarketsTheconceptofsmartgridemerrequire,andbecomesaresearchinganddiscussingglobalpowerindustryItcancommunicationtechnology,informationprocessingtechnologyandcontroltechnologywillsupportthesmartgridinChina,evenmetersisanimportantdevicefortheconstructionofsmartgridItacceleratestheintegrationofsmartmeterindustry,facilitatesitsindustrialization,andsupportstheinformation.automationandinteractionofpoanalysis,thispaperrealizesthedemeasurementwiththemeasuringresultsreaandmakeajudgmentapparatus.Thegenerfunction,powerfuldaThisarticleconsistsofthefollowingthre(1)Smartmeter'designbackground,advantagesanddevFirstly,thispaperanalyzesthedesignbackgroundofsmartmeterfollowedbythediscussionoftheadvantagesofsmar(2)Smartmeter'shardwaredesignanAnalysisofthefunctionofsmartmetershouldhave,andgivetheoignDetaileddiscussionoftheselectionofthecorechip,thedesigncircuit,communicationcircuitandthereathedetailedparametersofthecorechipAT89C51;Usingstructuredprogrammingmethods,achievetheswitchandlerprogram,datacollectionandthefollow-upalgorithmprocestheautomaticmeterreadingprogrambyinfraredorRS485communicationmodeCPUcareadandwriteoperatingproceduresandsegmentLCD'SdisplaydrivercontheuseofmicrocontrollerCprogram(3)Theanalysisofthedesign'sconclusions,thedesign'sshortageaDescribesthetestresultsofthedesignandanalyzetheconclusions,givestheinadequaciesofthedesignandproposedfuturemodificationsandimprovementsFinally,givestheprospectforthefutureofsmartmeter.Thisdesignrealizesthefunctionofpowerdatatimingandmeasurement,automaticcharging,bidirectionalcommunication,etc.Itmanagestconsumptionofresidenceswithhighqualityandhighefficiency,wgreathelpforourresidents.Thworkersthroughtheresearchintothesystemofsmartmeter.Itisofnodoubtthatthemarketprospectiveofsmartmeterisquitebroad.Keywords:SmartMeter,PowerMeasurement,single-ch摘要I前言11智能电表绪论11.2智能电能表的典型结构22智能电能表的设计方法42.1智能电能表的硬件设计方法4A/D转换器5D/A转换器62.2智能电能表的软件设计方法72.3智能电能表的抗干扰方法73智能电能表的硬件设计83.1电能表概述83.2电能表的总体方案设计9AT89C51各主要引脚功能：10CS5460A的性能12CS5460A管脚说明12CS5460A外围电路及供电电路设计133.4.4微控制器AT89C51与CS5460A的接口143.4.6电压电流采样模块153.5液晶显示芯片与AT89C51的接口15SMS0601的接口信号说明16SMS0601与AT89C51的接口163.6按键组功能及与AT89C51总线口的连接163.7SPI接口型EEPROM与AT89C51的接口17X5045管脚分布17X5045功能描述17X5045硬件连接183.8时钟模块18DS13O2的引脚分布见图3.10。18DS1302与AT89C51的硬件连接193.9通断电控制电路194电能表的软件设计194.1电能表的软件实现19CS5460A与单片机的数据交换实现方法204.1.2对日历/时钟DS1302的读写操作的软件实现234.1.3在电能表中对串行EEPROM的读写234.1.5液晶显示器SMS0601在电能表中显示功能实现27总结30致谢30参考文献30前言随着国民经济的不断开展，各地对于电能需求量也随之急剧增加，电力已经成为国家最重要的能源。传统意义上的电力网已经很难满足这样的开展要求。为此人们提出了智能电网的设想，以实现传统电网的升级换代，作为智能电网终端设备之一的智能电表改造工程正在上演。智能电表是智能用电的重要组成局部，是实现双向互动智能用电的“末端长期以来，我国居民用电的管理过于落后，一直采用的先用电、后抄表、再付费的传统作业模式。这种管理方式给居民和管理人员带来诸多不便，而且还存在着一些弊端与浪费。为了适应社会的需求，保证用户平安，方便，合理的用电，需要对传统的电表和用电管理模式进行改造，使之符合社会的开展需要。基于以上分析，我选择了基于单片机的智能电表的设计。一、智能电能表概述智能电能表是一种新型电能表，它由测量单元、数据处理单元等组成，具有电能量计量、信息存储及处理、实时监测、自动控制、信息交互等功能。相对以往的普通电能表，除具备根本的计量功能外，智能电能表是全电子式电能表，带有硬件时钟和完备的通信接口智能电表是以微处理器或微控制器芯片(如单片机)为核心的可以存储大量的测量信息并具有对测量结果进行实时分析、综合和做出各种判断能力的仪器。智能电能表一般具有自动测量功能，强大的数据处理能力，进行自动调零和单位换算功能，能进行简单的故障提示，具有操作面板和显示器，有简单的报警功能。此次设计的电表利用微机技术，通讯技术等等，减少了能量的消耗，把采集，处理集中于一体，节省本钱和人力资源，提高了工作效率，适应了现代用户的需求1.2智能电表研究现状及开展前景中国是电能表生产大国，目前感应式电能表、电子式电能表和智能化电能表等主要产品都已经到达或接近兴旺国家技术标准，生产和研发能力也已经能够满足国际市场的不同需求，而且价格优势明显，在国际市场上具有较强的竞争力。随着我国智能电网建设进程的不断推进以及相应的居民递增式阶梯电价改革模式的提出，对电能表等相关电能计量工具的要求也随之提高。我国的智能电网技术与国外先进水平在技术上差距相对较小，加上其属于低碳经济的重要组成局部，因此具有稳定的高增长前景。与国外相比，我国智能电能表功能完备、标准，阶梯电价、负荷控制等功能相对领先，更能满足我国智能电网建设工作需要。我国用电户数众多，截至2023年底，国家电网公司系统效劳的电力用户就达2.3亿户之多，推广应用智能电能表需要投入巨额资金，将现有使用的普通电能表全部更换为智能电能表需要一定的过程。另外，智能电能表的功能和显示内容得到了丰富，可以为用户提供很多用电效劳，但更换智能电能表需要得到用户的理解和支持，用户也还需要有一个认识的过程。中国政府方案未来五年在全国范围内，安装2.4亿块智能电表。这意味着在2023年到2023年之间的三年内，中国每年新安装的智能电表将高到达8000万块。从长远来看，考虑到中国13亿人，中国安装智能电表的总量应该是5亿块，中国将成为全球最大智能电表消费市场。在国家电网公司公布了智能化电网方案后，智能电表行业开展得到极大促进。未来智能电能表的开展趋势为：〔1〕模块化电能表，使电能表更换更加方便，一般非专业人士即可更换电能表，并平安可靠；〔2〕电能表功能多样化，通过多功能控制器可实现智能家居控制，如可在电费廉价的时段控制洗衣机和空调的开启；〔3〕可实现用户计算机控制，用户在家中即可控制电能表的一些功能，对家中电器进行能源管理。事实上，许多国家都已经出台了一系列的经济刺激方案，这也会进一步促进智能计量市场的开展，如在美国政府近期通过的救市方案中，就约有45亿美元的资金将投资到智能电网建设方案中1.3智能电能表的典型结构从结构上来说，智能电能表是一个专用的微型计算机系统，它主要由硬件和软件两局部组成。算机的程控指令，目前用于智能电能表的通信接口主要有GPIB、1.测量精度高，可以利用微处理器执行指令的快速性和A/D转换2.能够进行间接测量，智能电能表可以利用内含的微处理器通过3.能够自动校准，智能电能表在使用前进行自动校准，在测量过5.具有自诊断的能力，智能电能表假设发生了故障，可以自检出来，仪器本身还能协助诊断发生故障的根源；6.能够实现复杂的控制功能；7.允许灵活地改变仪器的功能；的外围进显示器、招敬壮罟和通信厂巨生结均时钟模块理器可作为-了智能ROM、EEPROM等中，被测参量通过传感器将非电量变换成电量，然采集的数据或从键盘上输入的数据以及经过一定的算法运算后的数据均暂存于片内数据存储器RAM中。智能电能表的控制局部一般分两种智能电能表硬件设计各功能环节如下：2.1.1微处理器或微控制器信号调理装置是通过电子线路来实现模拟信号处理，一般包括放其输出信号适应A/D转换等环节的工作。信号调理可以改善器。使用A/D转换器时应先根据输入通道的总误差，选择A/D转换器的精度及分辨率。根据信号对象的变化率及转换精度要求，确定A/D/保持电路。在选用A/D时还应考虑智能电能表所处的环境选择A/D转D/A转换器微处理器输出的数字控制信号通过D/A转换，将离散时分配等。选择D/A芯片时，主要考虑芯片的性能、结电平是对地对称的，与TTL、MOS逻辑电平完全不同。逻辑0电平规定为+5~+15V之间，逻辑1电平是-5V~-15v之间。因此，RS-232C驱2.PCI总线工作频率为33MHz(rev2.1支持66MHz)。PCI对于连接到它上面的器件是具有即插即用的高速总线。从理论上来说，可以有多达256个PCI功能器件同时挂到一个PCI总线上。但由于总线负载问题，同一个PCI总线上只能挂4到8个器件。价廉的PCI芯片组和广泛应用的PCI外设供一种通用的连接，其数据率为12Mbits/S。USB特别适合于需要高数PC和其他语音及视频通信应用。除了这些新的多媒体设备外，USBIEEE1394是高速串行总线，其数据率为25-400Mbits/s,它是作为通用外设串行总线而设计的。缆线型1394总线可支持63个器件。缆线将程序流程图的一列操作用机器码或汇编语言或高级语言译成处理器如图2.2所示智能电能表的软件结构按功能可分为准备程序、键功2.3智能电能表的抗干扰方法能表在许多场合都是与计算机控制系统或DCS(集散控制系统)联系在在运行时所受到的干扰超过一定限度时就会严重影响智能电能表的可靠性，甚至严重影响工业生产现场，因此在设计智能电能表时要注意智能电能表的抗干扰设计。微机测控系统的抗干扰技术在智能电能表的抗干扰技术中是同样适用的，主要分为硬件抗干扰技术和软件抗干扰技术。硬件抗干扰技术主要包括滤波技术(无源滤波和有源滤波)、去耦技术、屏蔽技术、隔离技术、接地技术等。窜入智能电能表的干扰，其频谱往往很宽，且具有随机性，采用硬件抗干扰方法，只能抑制某个频率段的干扰，仍有一些干扰会侵入系统。因此，除了采取硬件抗干扰方法外，还要采取软件抗干扰措施。为确保CPU中的程序正常运行，常常采用如下抗干扰措施：软件滤波(数字滤波技术)可以剔除模拟输入信号中的虚假信号，求取真值；除了可以使用硬件看门狗电路强制单片机从死机状态回复到正常运行外，还可以采用软件看门狗电路或软硬结合的看门狗技术。软件看门狗技术的根本思路是：在主程序中对TO中断效劳程序进行监视；在T1中断效劳程序中程序进行监视；TO中断监视T1中断。电能表是一种计量某一段时间内通过的电能的累积值的表计。电子式电能表，也称为静止式电能表，它也就是“电流和电压在固态(电子)器件中作用而产生与瓦时数成比率输出的仪表"。这里主要介绍根据智能小区家庭型用户电能计量系统的要求设计的一种智能型多功能复费率电能表。复费率电能表是一种根据用电的峰时、平时、谷时各时段的设定值计算用户总的用电量和峰时、平时、谷时的用电量的电能表，使供电局能实施峰时、平时、谷时各时段不同的计费标准。用经济手段鼓励用户在低谷时段用电。这也正好符合电力计费系统提出的分时段计费的要求。电子式的复费率电能表一般使用单片机对电能脉冲进行分时段计算处理，同时具有有效的参数设定。此多功能复费率电能表具有如下功能：1.通过单片机扩展的数据存储器可以存储本月、上月、上上月的各月电量，能存储各月峰时、平时、谷时各时段的用电量，并能通过液晶显示器显示各自的数值；2.具有欠压断电保护、欠费停电保护功能；3.具有在过电压、过电流和欠压断电保护后用户自己送电的功能；本次设计中所设计的整个电能计量系统主要由电能表构成。电能表局部应包括电流传感器、电压传感器、电能计量芯片、显示器件、按键开关时钟/日历芯片、看门狗电路、扩展数据存储器以及用于通断电控制用的小功率交流开关。上图3.1说明了电能表的硬件设计方案。其中，电能表局部需要电流互感器、电压互感器把照明电路中的22OV电压和大电流(10A)变换成电能计量芯片所要求的输入电压和输入电流范围之内。电能计量芯片根据其内部的瞬时电压和瞬时电流计算瞬时功率，再输出脉冲驱动机械式计数器或者步进电机计算用电电量。根据此方案设计的复费率电能表系统的硬件原理在以下几节详细说明。AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机，很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案，其引脚排列如图3.2所示：·4K字节可编程闪烁存储器PO口：PO口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写"1"时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址"1"时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能存放器的内容。P2口在P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，P3口管脚备选功能P33/INT1〔外部中断1〕P34TO〔记时器0外部输入〕P35T1〔记时器1外部输入〕P36/WR〔外部数据存储器写选通〕P37/RD〔外部数据存储器读选通〕P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。PSEN:外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期EA/VP:当/EA保持低电平时，那么在此期间外部程序存储器 (0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，以及AD7755等等。从性能上来比拟CS546OA比AD7755便地与微处理器相连接；外部时钟最高频率可达20MHz;具有功率方现电压、电流、功率的测量和用电量累积等功能。据此选择CS5460A作为电能计量芯片更能实现各种电参数的测量。CS5460A的性能1.能量数据精确度：在1000:1动态范围内精确度为0.1%;2.芯片功能：可以测量电能，I·U,、和，具有电能与脉冲转换5.可驱动机计度器/步进马达；6.能量消耗小于12mw;7.为分流传感器提供优化的接口；8.具有相补偿功能；9.为单电源提供地参考信号；10.芯片上带有2.5V基准电压(最大温漂60Ppm/);11.具有简单的三线数字串行接口；12.具有看门狗定时器，电源监视器和电源配置功能。CS5460A管脚说明CS546OA芯片有24个引脚。它的管脚分布如图3.3所示。各管脚XOUT、XIN:系统时钟输出引脚和系统时钟输入引脚。这两个引脚CPUCLK:片内振荡器输出引脚。输出的时钟频率可以驱动一个标准的CMOS负载。SCLK:串行时钟输入引脚。在这个引脚上输入的时钟信号确定SDI和SDO引脚上的数据输入输出速率。在片内与此引脚相连的是一个施密特触发器，其允许通过具有慢上升时间的信号通过。仅在有效时才识别时钟信号。SDO:串行数据输出引脚。MODE:模式选择引脚。当为逻辑高电平时，CS5460A可在一个外部串行EEPROM的帮助下执行自引导功能接收命令和设置；当为逻辑低电平时，CS546OA可与微处理器或微控制器进行数据交换。此引脚悬空时为低电平。INT:中断输出引脚。EOUT:电能输出引脚。EDIR:电能方向指示引脚。当电能输出为负时此引脚输出一脉冲。SDI:串行数据输入引脚。VIN+、VIN-:电压通道的差分模拟输入引脚。VREFOUT:参考电压输出引脚。此引脚的电压相对于VA-为2.5V。VREFIN:参考电压输入引脚。输入此引脚的电压作为调节器的参考IIN+、IIN-:电流通道的差分模拟输入引脚。VD+:正数字电源。DGND:数字地。VA+、VA-:正模拟电源和负模拟电源。 PFMON:电源故障监测引脚。用于监控模拟电源。 RESET:复位引脚。当此引脚电平为低时，CS5460A的所有内部存放器都被设置为缺省值。在电路图3.4中，参考电压输入端(VREFIN)和参考电压输出端(VREFOUT)直接相连并通过0.1pF电容接地，模拟电源负引脚(VA-)也直接接地。这使得片上模/数转换器的参考电压为0伏，并且使用变换器内部2.5V的基准电压，0.1pF的电容起作电源抗干扰的作用。根据单相电子式电能表使用的具体情况在系统时钟输出引脚(XOUT)和系统时钟输入引脚(XIN)之间选择4.096MHz的晶振和K=1的分频系数为CS546OA提供系统时钟。微控制器AT89C51与Intel系列的80C51微控制器的指令集和管脚兼容，微控制器内有4K字节的可擦写闪烁只读程序存储器和256字节同8031微控制器。由于CS546OA提供了SPI串行接口，减少了单片机的总线使用数据和命令字都是高位在先的方式传送。由图3.4可知使用AT89C51另外，使用AT89C51的外部中断12(INTO)接收CS546OA的电能脉冲时发生中断使存放累计电能值的存储单元的值按一个脉冲所代表SDO、SCLK引脚交换数据。CS5460A的输出的低电平信号说明CS5460A发生了一个激活的事件，单片机AT89C51接收到这个信号就发生中断向CS5460A写入正确地命令字并使CS5460A的变为逻辑高电平。CS5460A的复位引脚接AT89C51的P14,CS5460A的复位信号通过变压器TI变压成12V直流电压后再用分压的方式供电也可使用锂为CS5460A供电，变压器TI变比选择220V/12V,因此在变压器的次级可得到12v的交流电压。变压器次级接二极管的作用是为后继电路提电压电流采样模块采用隔离技术。在照明电力干线中，相电压有效值为22Ov,线电流可以选择10A的有效值，在这种条件下，假定电力线上的最大额定电压为30OV,最大额定电流为30A。对于正弦曲线的交流信号，电压/电流有效值以最大直流输入电平的0.7071倍进行准确测量。但是在实际使电流有效值的0.6倍作为两个通道的输入电压范围。因此输入通道的输入电压最大值就应为0.6×25OmV=150mV,其由此计算电压Kv=15OmV/300V=0.0005,此时电压互感器T2的变比为感器T3的变比为1/1000。3.5液晶显示芯片与AT89C51的接口液晶显示器选用SMSO601,该液晶显示器可直接与AT89C51单片从而减少了整个电能表的空间。SMSO601一体化显示器具有6位数字图3.5中的SMS0601有四根接口信号线，它们分别是：1.DI:串行数据输入引脚。显示数据和命令字从此引脚串行输入。2.CLK:串行移位脉冲输入引脚。此引脚输入脉冲为在D1引脚上的数据和命令输入提供时序。另：VDD:电源正极，模块工作电压位2.7-5.5V。VSS:电源地。利用AT89C51的P23、P24分别与SMS0601的串行数据输入引脚(DD、串行移位脉冲输入引脚(CLK)连接。3.6按键组功能及与AT89C51总线口的连接电能表上的所有按键可提供用户按键查询本月的峰时、平时、谷时各时段的用电量以及本月用电总量，上月的峰时、平时、谷时各时段的用电量以及上月用电总量，上上月的峰时、平时、谷时各时段的用电量以及上上月用电总量。可以查询瞬时电流值，瞬时电压值，电压有效值，电流有效值，各时段值的设置值。因此键盘组中包括峰时键(7EH),平时键(OB7H),谷时键(OBBH),本月键(77H),上月键(7BH),上上月键(7DH),总电量键(OBDH),瞬时电流键(OBEH),瞬时电压键(OD7H),电压有效键(ODBH),电流有效键(ODDH),起始时刻键(OEBH),终止时刻键(OEDH),送电键(ODEH)、时段查询键(OE7H),取消键(OEEH)。如图3.7所示所设计的按键组采用由P00、P01、P02、P03口四根数据线提供行线，P04、P05、P06、P07提供列线组成的行列式键盘。按键设置在行、列线交点，行、列线分别连接到按键开关的两端。当行线通过上拉电阻接+5V时，被钳位在高电平状态。键盘有无键按下是由P06、P07列线均置成低电平，然后将行线电平状态读入累加器中。如如果全为1,那么所按下的键不在此行，如果不全为1,那么所按下的X5045管脚分布X5045的管脚图如图3.8所示。RESET:复位输出引脚。只要Vcc低于Vcc检测电为高电平，并保持高电平直至Vcc高于Vcc最小检测电平200ms为止。SCK:串行时钟输入引脚。输入数据在时钟的上升沿被锁存，输出时器对CPU(或MCU)提供了独立的保护机内控制器不能重启定时器时，X5045看门狗激活RESET信号，使系统为00那么看门狗定时周期为1.4s,赋值为01那么看门狗定时周期为600ms,赋值为10那么看门狗定时周期为20Oms,赋值为11那么禁止看门狗功能。一旦通过编程预置，这个超时值将保持不变。X5045的电源监控电路提供在VCC低于限值时，响应RESET信号的功能，可使系统在开机、关机过程中稳定可靠，不出意外。X5045的存贮器局部是CMOS的4K位串行EEPROM,结构为512*8的十六字节页写方式，串口协议为SPI,简单易行，数据可保存100年。X5045硬件连接X5045的复位引脚RESET与AT89C51的复位引脚相连为AT89C51提供复位信号，从而起AT89C51单片机的看门狗电路的作用。AT89C51的Pl3、PI5、PI6、P17引脚分别与X5045的CS、SO、SI、SCLK引脚交换数据。写保护引脚(WP)与电源相连。对电能表来说，它需要根据时间段的划分来计量各时段的电能值，因此在电能表中需要一个时钟芯片计时。DS1302是一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟芯片，它工作电压宽达2.5—5.5V,采用三线接口与单片机进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个31×8的用于临时性存放数据X1X2:32.768KHz晶振输入引脚。GND:接地引脚。SCLK:串行时钟输入引脚。I/O:数据输入输出引脚。给DS13O2供电。3.9通断电控制电路反相器74LS04进行控制(如图3.12)。如果是由于过电压、过电流和欠户按下电能表上的送电键后只需改变P2O的状态并且只能改变P20的电在电路中Rc,Cc用以减少干扰，并可改善器件的临界断态电压上4电能表的软件设计1.当CS5460A未输出电能脉冲和方向脉冲以及中断脉冲时，单片机AT89C51循环执行清看门狗程序、执行显示本月累计电量值的显示程序、判断是否更新时段值、判断是否有红外线通信发生、读CS5460A的电流瞬时存放器和电压瞬时存放器的值以判断是否该过电流或过电压或欠压断电保护。完成以上功能后程序随时准备接收外部中断EDIR和INTI,每循环一次程序就查询一次按键开关的状态，根据所按的开关执行相应的程序。2.当CS5460A的电能输出引脚(EOUT)和电能方向指示器引脚 (EDIR)输出脉冲时，中断效劳程序根据记忆在时钟芯片DS1302中的时段参数以及实时时钟的值来判断当前的时段类型，单片机响应外部中断进行电量的累加。将结果存放到扩展的数据存储器内，然后退出中断效劳程序进入过程1。电能表的运行过程用汇编程序主程序的流程图表述为图4.1。根据图4.1编制的程序可以完成所设计的电能表的全部功能。每一个功能单元的程序实现方法可以分以下几局部说明：CS5460A芯片内部包括16个24位存放器：配置存放器、直流电流增益存放器、周期计数存放器、脉冲速率存放器、有符号存放器、无符号存放器、时基校准存放器、功率偏移存放器、交流电流偏移存放器、交流电压偏移存放器、状态存放器、屏蔽存放器、控制存放器。这些存放器用来完成对CS5460A的设置、采集数据的存储以及串行输入输出CS5460A的串行口有一个包括接收缓冲区、发送缓冲区的命令解释状态机。状态机在串行时钟的上升沿解释8位的命令字，状态机在解释完命令字之后立即执行外部微控制器请求的命令，或者为存放器的数据传输做准备。当一个写操作到执行一个发送之前的24个串行时钟完成时，需要一个内部存放器把读数据请求传送到发送缓冲系统一旦上电，CS5460A就被初始化并处于有效操作状态。系统上字之后就立即命令转换器执行一个系统操作或与内部存放器之间传送高位在先的方式发送一个8位的命令字实现的。当命令字包括了一个写操作时，串行口将在SDI引脚继续为紧接的24个串行时钟周期记录数24位数据。当以读命令字初始化数据传输时，串行口将在SDO引脚为紧接的8、16或24个串行时钟周期按高位在先的原那么传送存放器的各位数字。通知存放器写的命令字必须紧跟8、16或24位数据。在读传送的时序写出的CS5460A的命令字写入子程序、读存;命令字写入程序命令字送到R1中MOVR7,#8H;将命令字传送的位数8送R7COMWORDSEND:RLCCLRSCLK;在此形成一个脉冲下降沿，数据写入DJNZR7,COMWORDSND;判断8个数据位是否传送完WR_COM_END:RETA;数据读取子程序，将读出的数据的高、中、低字节存放到42H、AA在电能表中当单片机AT89C51需要读取CS5460A的存放器获取瞬4.1.2对日历/时钟DS1302的读写操作的软件实现在电能表中与时间有关的判断和时间读取都是通过DS1302与AT89C51的接口完成的。在电能表接到时钟校正信号时，电能表的的时间存放器以及片内数据存储器完成时间段的比拟；用户进行时段DS1302所有数据的读写都是通过向DS1302写入命令字的方式告命令字节初始化。最高有效位MSB(位7)必须为逻辑1,如果它是0,禁止写DS1302。位6为逻辑0指定时钟/日历数据；逻辑1指定RAM数据。位1至5指定进行输入或输出的特定存放器。最低有效位LSB(位0)为逻辑0指定进行写操作(输入);逻辑1指定读操作(输出)。01W在电能表中对串行EEPROM的读写往指令存放器的命令集如表4.1所示。AT89C51对指令存放器的访问是通过串行输入线(SI)进行的。在片选信号(CS)为低电平并且写保护指令置位写使能锁存器之后进行写操作、再用WRDI指令复位锁存器。中，选择了看门狗定时周期位600ms。指令名操作设置写使能锁存器(允许写操作)复位写使能锁存器(禁止写操作)写状态存放器(块锁定位)从所选地址的存储器阵列开始读出数据把数据写入所选的存储器阵列(1-4字节)设置写使能锁存器子程序(COMMSUB),读状态存放器子程序X_RDSR,字节读子程序X_RDBYTE,字节写子程序X_WRBYTE,复;R1用于存放命令字X_RDSR:CLRP17行时钟引脚SCKMOVA,R1;R1用于存放命令字MOVACC.3,C;发送写指令;发送地址X_RDSR